Những cải tiến vượt bậc trong ngành công nghệ pin đã mở ra kỷ nguyên của điện thoại di động, thiết bị thông minh và xe điện. Thậm chí, trong tương lai gần, hệ thống lưới điện chạy bằng năng lượng sạch có thể phụ thuộc vào những dự án pin khổng lồ với dung lượng lưu trữ đáng kinh ngạc.
Tuy nhiên, pin hiện nay vẫn chưa hoàn hảo. Dù chúng có thể là chìa khóa cho một thế giới bền vững, nhưng nguyên liệu sản xuất lại không hề thân thiện với môi trường. Hầu hết pin đều sử dụng kim loại nặng hoặc các loại polymer nhân tạo, mất hàng trăm năm để phân hủy. Chính vì vậy, việc xử lý pin thải ra môi trường luôn là một bài toán nan giải.
Giữa bối cảnh đó, các nhà nghiên cứu từ Đại học Maryland và Đại học Houston đã phát triển một loại pin mới từ vỏ động vật giáp xác, như cua và mực. Họ đã tận dụng một hợp chất sinh học tự nhiên, dễ dàng khai thác từ chính những loài hải sản quen thuộc, để tạo ra một loại pin có thể phân hủy một phần.
Một viên pin tiêu chuẩn bao gồm ba thành phần chính: hai điện cực và một dung dịch dẫn điện gọi là chất điện phân. Khi các hạt điện tích di chuyển qua chất điện phân, dòng điện sẽ được tạo ra. Nếu không có chất điện phân, pin sẽ chỉ là một khối năng lượng vô dụng.
Hiện nay, pin sử dụng rất nhiều loại chất điện phân khác nhau, nhưng hầu hết đều chứa các hóa chất không thân thiện. Chẳng hạn, pin AA phổ biến có chất điện phân là kali hydroxit – một chất cực kỳ ăn mòn, gây nguy hiểm nếu không được xử lý đúng cách. Pin lithium-ion trong điện thoại thì sử dụng polymer nhựa, ít độc hại hơn nhưng vẫn mất hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm để phân hủy.
Không chỉ vậy, ngành sản xuất pin còn phụ thuộc vào việc khai thác các khoáng sản quý hiếm – một quá trình gây tác động tiêu cực đến môi trường. Dù pin có thể sạc đi sạc lại hàng nghìn lần, nhưng mỗi ngày vẫn có vô số viên pin cũ bị thải bỏ. Điều này thúc đẩy các nhà khoa học tìm kiếm một giải pháp bền vững hơn.
Một trong những hướng đi đầy hứa hẹn chính là chitosan – một hợp chất được chiết xuất từ chitin, thành phần chính tạo nên lớp vỏ cứng của các loài giáp xác như cua, tôm và côn trùng. Chitin có trữ lượng dồi dào và có thể dễ dàng chuyển đổi thành chitosan thông qua một quy trình hóa học đơn giản.
Trên thực tế, chitosan đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Từ những năm 1980, nông dân đã sử dụng chitosan để tăng cường sức đề kháng cho cây trồng trước các loại nấm gây hại. Trong ngành xử lý nước, chitosan được dùng để lọc sạch cặn bẩn và tạp chất. Trong y học, nó xuất hiện trong băng gạc giúp cầm máu nhanh hơn. Nhờ đặc tính phân hủy sinh học và không độc hại, chitosan còn được nghiên cứu để sản xuất mô và nội tạng nhân tạo phục vụ cấy ghép.
Dựa trên những đặc tính vượt trội của chitosan, các nhà nghiên cứu từ Maryland và Houston đã kết hợp nó với kẽm để tạo ra một loại pin có thể phân hủy sinh học. Hai phần ba của viên pin này có thể tự phân hủy hoàn toàn trong vòng năm tháng – một con số ấn tượng so với hàng thế kỷ mà pin thông thường cần để phân rã trong môi trường tự nhiên.
Trên thực tế, ý tưởng sử dụng chitosan cho pin không phải mới. Trong suốt một thập kỷ qua, các nhà khoa học từ Trung Quốc, Ý, Malaysia đến vùng Kurdistan (Iraq) đã thử nghiệm với hợp chất này. Tuy nhiên, nhóm nghiên cứu tại Maryland và Houston đã cải tiến bằng cách thêm ion kẽm vào cấu trúc chitosan, giúp tăng cường độ bền và hiệu suất hoạt động của pin.
Dù hiện tại, pin chitosan vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm, nhưng nó mở ra một hướng đi đầy triển vọng. Nhà nghiên cứu Liangbing Hu – một trong những tác giả của công trình – tin rằng thiết kế này có thể được mở rộng để ứng dụng cho nhiều loại pin khác, bao gồm cả pin điện thoại. Ông và các đồng nghiệp đang tiếp tục nghiên cứu để tiến tới mục tiêu xa hơn: tạo ra một viên pin có thể phân hủy hoàn toàn.
Nếu thành công, đây có thể là một bước tiến quan trọng trong cuộc đua phát triển công nghệ năng lượng xanh – nơi những viên pin không chỉ mạnh mẽ, bền bỉ mà còn thân thiện với môi trường hơn bao giờ hết.
Biên dịch: Thu Hoài
